intTypePromotion=1

Nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống cân băng định lượng bằng bộ điều khiển mờ thích nghi

Chia sẻ: Hoang Son | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

0
51
lượt xem
6
download

Nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống cân băng định lượng bằng bộ điều khiển mờ thích nghi

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo "Nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống cân băng định lượng bằng bộ điều khiển mờ thích nghi" trình bày phương pháp điều chỉnh bộ điều khiển bằng bộ điều khiển mờ thích nghi thay cho. Mời các bạn tham khảo!

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống cân băng định lượng bằng bộ điều khiển mờ thích nghi

Dương Mạnh Linh<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 99(11): 165 - 168<br /> <br /> NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CÂN BĂNG<br /> ĐỊNH LƯỢNG BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI<br /> Dương Mạnh Linh*<br /> Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Bài báo này trình bày phương pháp điều chỉnh bộ điều khiển bằng bộ điều khiển mờ thích nghi<br /> thay cho bộ điều khiển PID truyền thống thường được ứng dụng để điều khiển các bộ truyền động<br /> cân băng.<br /> Từ khóa: điều khiển mờ thích nghi, hệ thống cân băng định lượng, adaptive fuzzy, PID…<br /> <br /> ĐẶT VẤN ĐỀ*<br /> Hệ thống cân băng định lượng là một trong<br /> những khâu quan trọng giúp cho nhà máy<br /> hoạt động một cách liên tục. Cân băng định<br /> lượng là một khâu trong dây chuyền công<br /> nghệ nhằm cung cấp chính xác lượng nguyên<br /> liệu cần thiết cho nhà máy, lượng nguyên liệu<br /> này đã được người lập trình cài đặt một giá trị<br /> trước. Khi mà lượng nguyện liêu trên băng tải<br /> ít đi thì đòi hỏi phải tăng tốc động cơ lên để<br /> băng tải chuyển động nhanh hơn nhằm cung<br /> cấp đủ lượng nguyên liệu cần thiết. Ngược lại<br /> khi lượng nguyên liệu trên băng tải vận<br /> chuyển với lưu lượng nhiều thì các thiết bị tự<br /> động sẻ tự động điều khiển cho động cơ quay<br /> với tốc độ chậm lại phù hợp với yêu cầu.<br /> NỘI DUNG CHÍNH<br /> Xây dựng nguyên lý đo khối lượng của cân<br /> băng định lượng.<br /> Khối lượng của vật liệu được cơ cấu cân định<br /> lượng cân chính xác theo lượng đặt ban đầu.<br /> Năng suất của băng tải được tính theo biểu thức:<br /> Q = δ.v [ kg/s ]<br /> (1)<br /> hay:<br /> 3600.δ .v<br /> Q=<br /> 1000<br /> Trong đó:<br /> δ : khối lượng tải theo chiều dài [kg/m]<br /> v : tốc độ di chuyển của băng [m/s]<br /> Khối lượng của băng tải theo chiều dài được<br /> tính theo công thức:<br /> δ = S.γ.103<br /> (2)<br /> *<br /> <br /> Tel: 0912 437020, Email: manhlinh1986@gmail.com<br /> <br /> Trong đó:<br /> γ: Khối lượng riêng của vật liệu [tấn/m3]<br /> S: Tiết diện cắt ngang của vật liệu trên băng<br /> [m2]<br /> Xây dựng hệ thống truyền động cho hệ<br /> thống cân băng<br /> Từ những đặc điểm công nghệ, yêu cầu<br /> truyền động của cân băng thì ta có các<br /> phương án truyền động sau:<br /> - Hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển<br /> thyristor- động cơ 1 chiều (Hệ T-Đ).<br /> - Hệ thống điều chỉnh xung áp - động cơ 1<br /> chiều (Hệ XA-Đ).<br /> - Hệ thống truyền động vécto biến tần động<br /> cơ không đồng bộ ba pha.<br /> Trong những năm gần đây, hệ thống điều chế<br /> độ rộng xung PWM do các linh kiện bán dẫn<br /> tạo thành sử dụng các transito GTO, GTR và<br /> P-MOSFET, chúng có rất nhiều ưu điểm: (1)<br /> mạch điện chính đơn giản, các linh kiện công<br /> suất ít; (2) tần số đóng mở cao, dòng điện dễ<br /> giữ được liên tục, sóng hài ít, tổn hao và phát<br /> nhiệt của động cơ khá nhỏ; (3) có khả năng<br /> vận hành ở tốc độ thấp, độ chính xác cao khi<br /> tốc độ ổn định, vì vậy phạm vi điều tốc rộng;<br /> (4) dải tần của hệ thống rộng, tính thích nghi<br /> nhanh nhậy rất tốt, khả năng chống nhiễu<br /> trạng thái động mạnh; (5) các linh kiện của<br /> mạch điện chính làm việc ở trạng thái đóng<br /> mở, tổn hao khi mở thông nhỏ, hiệu suất thiết<br /> bị khá cao; (6) dòng điện một chiều khi sử<br /> dụng hệ thống chỉnh lưu ba pha không điều<br /> khiển được, hệ số công suất của mạng cao. Từ<br /> những ưu điểm nổi trội của hệ thống xung<br /> 165<br /> <br /> Dương Mạnh Linh<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> điện áp do đó trong đề tài này chọn hệ thống<br /> xung điện áp làm hệ truyền động cho hệ<br /> thống điều tốc.<br /> <br /> Hình 1: Sơ đồ khối hệ thống truyền động điều chế<br /> độ rộng xung một chiều<br /> <br /> Tổng hợp hệ thống<br /> Để phù hợp với yêu cầu của hệ truyền động,<br /> qua phân tích cơ cấu cân băng, ta thấy rằng hệ<br /> truyền động này bao gồm ba mạch vòng điều<br /> chỉnh, đó là mạch vòng điều chỉnh dòng điện,<br /> mạch vòng điều chỉnh tốc độ và mạch vòng<br /> điều chỉnh năng suất.<br /> <br /> 99(11): 165 - 168<br /> <br /> Iđm: Dòng điện định mức của động cơ 8,5 A<br /> Ikt: Dòng kích từ động cơ 0,57 A<br /> Lư: Điện cảm phần ứng 0,1944 H<br /> R: Điện trở phần ứng 6.7 Ω<br /> Ti: Hằng số thời gian của máy biến dòng<br /> 0,0025 s<br /> T: Chu kỳ của điện áp ra được chọn 0,0033s<br /> Tđk: Hằng số thời gian của mạch điều khiển<br /> bộ chỉnh lưu 0,00015 s<br /> Tω: Hằng số thời gian của máy phát tốc<br /> 0,0015 s<br /> Tϕ: Hằng số thời gian của bộ cảm biến vị trí<br /> 0,3 s<br /> ηđm: Hiệu suất định mức của động cơ 80%<br /> Sử dụng công cụ Simulink của Matlab, xây<br /> dựng mô hình mô phỏng mạch vòng điều<br /> chỉnh năng suất và mạch vòng điều chỉnh tốc<br /> độ (trong đó bao gồm cả mạch vòng điều<br /> chỉnh dòng điện) của hệ thống truyền động<br /> điện sử dụng bộ điều chế độ rộng xung điện<br /> áp. Đồng thời, để đơn giản cho quá trình mô<br /> phỏng ta chọn các khâu phản hồi tốc độ có<br /> γ=1, phản hồi vị trí có ϕ =1 như hình 3 với<br /> bộ điều chỉnh tốc độ là khâu PI.<br /> <br /> Hình 2: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống tự động điều<br /> khiển cân băng<br /> <br /> Trong đó: Q là lượng đặt năng suất.<br /> Wc(p) là hàm truyền của khâu động cơ.<br /> Wpwm là hàm truyền của bộ điều chế độ<br /> rộng xung.<br /> WRI là hàm truyền của bộ điều khiển dòng.<br /> WRω là hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ.<br /> WRϕ là hàm truyền của bộ điều năng suất.<br /> Mô phỏng hệ truyền động cân băng khi sử<br /> dụng bộ điều khiển PID.<br /> Các thông số hệ truyền động:<br /> Loại động cơ: ΠH-68 do Nga sản xuất với các<br /> thông số như sau:<br /> Pđm: Công suất định mức của động cơ là<br /> 1,45 kW<br /> Uđm: Điện áp định mức của động cơ là 220 V<br /> nđm: Tốc độ quay định mức của động cơ<br /> 2100 v/p<br /> 166<br /> <br /> Hình 3: Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển bằng bộ<br /> điều khiển PID kinh điển<br /> <br /> Kết quả mô phỏng được thể hiện dưới đây<br /> đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật đề ra:<br /> <br /> Hình 4: Kết quả mô phỏng với chỉ tiêu tốc độ,<br /> dòng điện và năng suất<br /> <br /> Dương Mạnh Linh<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> Nhận xét:<br /> Chất lượng của hệ thống điều khiển sử dụng<br /> bộ điều khiển PID kinh điển tuy vẫn đảm bảo<br /> nhưng nói chung chất lượng vẫn còn chưa tốt<br /> lắm. Điều này được thể hiện qua các chỉ tiêu<br /> chất lượng dưới đây:<br /> - Tồn tại độ quá điều chỉnh<br /> - Dao động khi áp tải: có .<br /> - Năng suất của hệ thống cân băng chưa bám<br /> theo lượng đặt một cách nhanh chóng<br /> Mặc dù chất lượng đảm bảo nhưng thực chất<br /> trong mạch có khâu phi tuyến là bộ điều<br /> khiển năng suất.<br /> Trong thực tế theo công nghệ cân băng thì<br /> lượng than rơi xuống băng tải luôn thay đổi<br /> dẫn đến hệ số K cũng phải thay đổi theo để<br /> đáp ứng được yêu cầu truyền động. Nên tác<br /> giả đề xuất phương án sử dụng bộ điều khiển<br /> mờ thích nghi thay thế bộ điều khiển PID<br /> kinh điển.<br /> Ứng dụng bộ điều khiển mờ thích nghi để<br /> nâng cao chất lượng hệ thống.<br /> Định nghĩa điều khiển mờ thích nghi<br /> Hệ điều khiển mờ thích nghi là hệ điều khiển<br /> thích nghi được xây dựng trên cơ sở của hệ mờ.<br /> So với hệ điều khiển kinh điển hệ điều khiển<br /> thích nghi mờ có miền tham số chỉnh định<br /> lớn. Bên cạnh các tham số K, TI, TD giống<br /> như bộ điều khiển PID thông thường, ở bộ<br /> điều khiển mờ ta có thể chỉnh định các tham<br /> số khác nhau như hàm liên thuộc, các luật<br /> hợp thành, các phép toán OR, AND, NOT,<br /> nguyên lý giải mờ …<br /> Trong thực tế hệ điều khiển mờ thích nghi<br /> được sử dụng ngày càng nhiều vì nó có các<br /> ưu điểm nổi bật so với hệ thông thường. Với<br /> khả năng tự chỉnh định lại các tham số của bộ<br /> điều chỉnh cho phù hợp với đối tượng chưa<br /> biết rõ đã đưa hệ thích nghi trở thành một hệ<br /> điều khiển thông minh.<br /> Thiết kế bộ điều khiển mờ thích nghi theo mô<br /> hình mẫu song song<br /> Một cấu trúc thông dụng nhất của hệ logic mờ<br /> (FLC –Fuzzy Logic Control) là cấu trúc kiểu<br /> phản hồi sai lệch như hình 5.<br /> <br /> 99(11): 165 - 168<br /> <br /> Hình 5: Cấu trúc cơ bản của hệ điều khiển mờ hai<br /> đầu vào<br /> <br /> Trong đó:<br /> kD, λ là các hệ số khuếch đại đầu vào<br /> K là hệ số khuếch đại đầu ra.<br /> Thực tiễn cho thấy việc chỉnh định FLC khó<br /> khăn hơn nhiều so với chỉnh định bộ điều<br /> khiển kinh điển, một trong những lý do chính<br /> là tính mềm dẻo của vùng nhận biết cơ bản<br /> của bộ điều khiển mờ và sự móc nối các<br /> thông số của chúng. Tuy nhiên không có một<br /> cách hệ thống hoá nào để đưa ra tất cả các<br /> thông số này.<br /> Trong điều khiển thích nghi kinh điển nói<br /> chung không cần một mô hình mẫu hoàn hảo.<br /> Tuy nhiên sự sai khác giữa mô hình mẫu và<br /> đối tượng cũng như tính phi tuyến của nó chỉ<br /> nằm trong giới hạn nào đó, nếu quá giới hạn<br /> này bộ điều chỉnh sẽ không làm việc hiệu quả<br /> nữa. Để khắc phục nhược điểm đó, luận văn<br /> này sử dụng hệ điều khiển mờ thích nghi theo<br /> mô hình mẫu.<br /> *) Điều chỉnh thích nghi hệ số khuếch đại đầu<br /> ra bộ điều khiển mờ (thích nghi 1 tham số).<br /> *) Điều chỉnh thích nghi hệ số khuếch đại đầu<br /> ra và hệ số tích phân sai lệch đầu vào của bộ<br /> điều khiển mờ (thích nghi 2 tham số).<br /> <br /> Hình 6: MRAFC điều chỉnh hệ số khuyếch đại<br /> đầu ra và hệ số tích phân sai lệch đầu vào<br /> <br /> Ứng dụng bộ điều khiển mờ thích nghi để nâng<br /> cao năng suất cho hệ điều khiển cân băng.<br /> Sử dụng công cụ Toolbox Fuzzy Logic và<br /> Simulink của phần mềm Matlab để xây dựng<br /> 167<br /> <br /> Dương Mạnh Linh<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> bộ điều khiển mờ thích nghi theo những thiết<br /> kế trên.<br /> <br /> Hình 7: Sơ đồ mô phỏng với bộ điều khiển mờ<br /> thích nghi thay thế cho bộ điều khiển PID<br /> <br /> Kết quả mô phỏng khâu năng suất với các<br /> lượng đặt khác nhau:<br /> <br /> 99(11): 165 - 168<br /> <br /> Với các ưu điểm này, hệ điều chỉnh năng suất<br /> cho thấy khi sử dụng bộ điều khiển mờ thích<br /> nghi thay thế cho bộ điều khiển PID sẽ cho<br /> kết quả chất lượng tốt hơn.<br /> KẾT LUẬN<br /> Việc nghiên cứu các tính chất của bộ điều<br /> khiển mờ thích nghi cũng như phân tích các<br /> cách mắc bộ điều khiển mờ thích nghi trong<br /> mạch vòng năng suất thay thế cho bộ điều<br /> khiển PID. Cách mắc này sẽ thích hợp với<br /> cách xây dựng mạch, đồng thời làm tăng độ<br /> nhạy của hệ thống dẫn tới chất lượng của hệ<br /> thống được tốt hơn.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> <br /> Kết quả mô phỏng với khâu tốc độ ứng với 2<br /> trường hợp sử dụng bộ điều khiển mờ thích<br /> nghi và PID<br /> <br /> Nhận xét:<br /> - Không còn tồn tại độ quá điều chỉnh<br /> - Dao động khi áp tải: không .<br /> - Năng suất của hệ thống cân băng bám theo<br /> lượng đặt một cách nhanh chóng.<br /> <br /> [1]. Trần Thọ, Võ Quang Lạp, Cơ sở điều khiển tự động<br /> truyền động điện, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật,<br /> Hà nội.<br /> [2]. Nguyễn Trọng Thuần (2002), Điều khiển Logic và<br /> ứng dụng, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà nội.<br /> [3]. Kal Johan Astroum and Bjorn Wittenmark:<br /> Adaptive control, Addison-Wesley, 1995<br /> [4]. Yager R. R. and Filer D. P.: Essentials of Fuzzy<br /> Modeling and Control, John Wiley, 1994.<br /> [5]. J. M. Mendel: Fuzzy Logic Systems for<br /> Engineering: A tutorial, Proc. IEEE, vol. 83, pp. 345377, 1995.<br /> [6]. L. X. Wang: Adaptive Fuzzy System & Control<br /> design & Stability Analysis, Prentice-Hall, 1994.<br /> [7]. T. J. Procyk and E. H. Mamdani. A linguistic selforganizing process controller. Automatica, 15:15–30,<br /> 1979.<br /> [8]. E.H.Mamdani and N. Baaklini. Prescriptivemethod<br /> for deriving control policy in a fuzzy-logic controller.<br /> Electronics Letters, 11(25/26):625–626, 1975.<br /> [9]. T. Yamazaki and E. H. Mamdani. On the<br /> performance of a rule-based self-organizing<br /> controller. In Proc. IEEE Control Applications of<br /> Adaptive and Multivariable Control, Hull, 1982.<br /> <br /> SUMMARY<br /> IMPROVE THE QUALITY OF CONTROLS CONVEYOR BELT<br /> SLALES SYSTEM WITH ADAPTIVE FUZZY CONTROLLERS<br /> Duong Manh Linh*<br /> College of Technology - TNU<br /> <br /> In this paper, it is proposed that the controller be tuned using Adaptive fuzzy controller, instead of<br /> traditional PID controller. To control conveyor belt slales system<br /> Keywords: adaptive fuzzy control, quantitative balancing system, adaptive fuzzy PID ...<br /> Ngày nhận bài:19/11/2012, ngày phản biện:29/11/2012, ngày duyệt đăng:10/12/2012<br /> *<br /> <br /> Tel: 0912 437020, Email: manhlinh1986@gmail.com<br /> <br /> 168<br /> <br />
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2